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BCI(脑机接口)入门指南

来源:上海形宙数字技术有限公司 │ 发表时间:2020-09-04 | 浏览数:载入中...

       最近,科学狂人马斯克介绍了他创立的脑机接口公司Neuralink研究的最新进展,在这次演示当中,Neuralink公司将一块布满电极的金属片植入到一只猪的大脑当中,从而在大脑和电脑之间建立数字链接。虽然这次演示只停留在对脑部信息读取的阶段,还没达到长远的预期目标,但这项技术仍然重塑了我们对此的认知。试想一下在脑部挖一个洞(下图所示),将电极直接放在大脑皮层,让电极直接和大脑来个“亲密接触”,这种在科幻电影中的场景也许在不久将来就将发生在我们身边。

马斯克

1.什么是BCI


       BCI(brain-computer interface)是一种在大脑与外部设备之间发送和接收信号的技术。尽管脑-计算机接口也称为脑-机器接口,但BCI的首字母缩写代表脑-计算机接口。BCI收集并解释大脑信号,然后将它们传输到连接的机器上,该机器输出与接收大脑信号相关的指令。

       简化的BCI定义该技术描述为“大脑与外部设备之间的直接通信链接”。此连接是双向链接(双向接口)。一个方向涉及BCI将大脑活动发送到计算机,然后计算机将大脑活动转换为运动命令。通信也可能发生在另一个方向上-计算机将信息直接发送到BCI用户的大脑。与无创的被动BCI相比,这被称为主动BCI,其中存在直接的大脑连接。


2.BCI的工作原理


       我们的大脑充满了称为神经元的细胞。每当我们思考,移动,感觉或记住某件事时,我们的神经元就会起作用。这项工作是通过生化和电信号进行的。科学家可以使用脑电图(EEG)技术检测这些信号并解释其含义。脑电图可以从人脑读取信号并将其发送到放大器。然后,放大的信号由BCI计算机程序解释,该程序使用这些信号来控制设备。

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3.BCI和EEG


       基于EEG的BCI的特征在于使用非侵入性EEG电极来测量大脑活动并将记录的大脑信号转换为命令的技术。

       BCI检测通过脑电图测量的大脑活动的变化。然后,BCI技术将这些信号融入到机器学习算法中。机器学习算法已经过训练,可以掌握与某些情感,动作和表情相关的脑电图大脑活动。当算法识别出匹配的EEG脑活动时,BCI可以传输外部命令来控制设备(例如计算机光标,机械臂或轮椅)。这些设备已经过编程,可以解释和执行这些命令,无论是控制物理对象还是数字接口。佩戴EEG设备的受试者会想到“向左移动”,而光标向左移动-这是在数字接口上进行的外部动作的一个示例。


4.脑机接口研究


       BCI研究(也称为脑机接口研究)代表了一个快速发展的领域。研究人员研究了BCI用户是否可以仅通过大脑活动直接与计算机软件进行交互:一项研究测试了BCI系统通过其配对的智力活动检测和分类大脑活动的能力。结果发现,该系统可以成功地执行所有脑力活动,并通过其他训练数据得到改善,由于它具有通过大脑活动来操纵外部设备的能力,因此大部分的脑机接口研究都集中在远程控制上。BCI研究人员还使用了由BCI设备控制的人形机器人来操纵远程环境。BCI使用户可以在远程环境中方便地控制机器人。用户从机器人接收反馈,这有助于他们感觉完全沉浸在远程环境中。这在各种BCI用例中可能有用,包括军事行动,医疗行动和灾难管理或搜救行动。


5.BCI应用实例     


5.1 神经康复中的脑机接口

       脑机接口可以帮助不使用四肢,需要辅助设备或无法讲话的人。在神经康复中使用脑机接口(医生协助的过程旨在帮助患有神经系统疾病,损伤或疾病的人)可以帮助提高其在日常体验中的导航能力。BCI通常用于中风或受伤后的康复。将来,我们可能会看到BCI医疗产品用于外科手术或其他医疗操作。BCI使行动不便的受试者能够利用其大脑活动来控制环境中的物体并进行交流。使用EEG信号的脑机接口可以帮助他们控制假肢或计算机接口。


5.2 BCI中的游戏

       BCI软件可以将脑电命令从脑电数据“转换”为视频游戏中的命令。在脑机接口游戏中,受试者在玩旨在控制虚拟对象的VR游戏时戴上EEG头戴式耳机。在BCI游戏中,受试者使用脑力命令而不是使用传统的游戏控制器,从而在游戏中启用基于动作的动作,例如“推”,“拉”或“跳”。BCI处理来自EEG的心理命令并触发VR游戏中的相应动作(直接神经接口虚拟现实)。

上海形宙数字技术有限公司BCI入门指南

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